Изобретение, перевернувшее мир: рентгеновские лучи
В самом начале января 1896 года директор Физического института Венского университета Франц Экснер получил оттиск статьи «Предварительное сообщение о новой разновидности лучей», опубликованной 28 декабря в «Ведомостях Физико-медицинского общества» небольшого баварского города Вюрцбурга. Оттиск прислал Экснеру старый приятель, профессор физики Вюрцбургского королевского университета Вильгельм Рёнтген. Рёнтген утверждал, что обнаружил ранее неизвестное излучение, свободно проникающее сквозь различные субстанции, включая и человеческую плоть. К тексту были приложены фотографии. Интереснее всего выглядел снимок кисти руки, на котором были четко видны кости и суставы.
Работа Рёнтгена заинтересовала Экснера настолько, что он немедленно показал ее коллегам, среди которых оказался молодой физик Эрнст Лехер. Тот рассказал о работе Рёнтгена своему отцу, редактору венской газеты Neue Freie Presse, и в воскресенье 5 января сообщение о невидимых лучах, иллюстрированное тем самым фото, появилось у него на первой странице. Уже 6 января лондонская Chronicle оповестила об открытии английскую публику. В тот же день сообщение появилось в нью-йоркской The Sun, а спустя четыре дня — в New York Times. 12 января до нее снизошла лондонская Times, редакторы которой поначалу сочли, что речь идет просто о новом методе фотографирования.
Истинный первооткрыватель Сейчас уже достоверно известно, что до ноября 1895 года несколько физиков наблюдали на фотопластинках подписи Рёнтгеновского излучения. Среди них был и Ленард, который вскоре стал кричать на весь мир о своем приоритете. Однако ни один из них не заинтересовался странным феноменом и, тем более, не приступил к его изучению. Это сделал только истинный первооткрыватель новых лучей Вильгельм Конрад Рёнтген, за что и был в 1896 году удостоен медалей Румкорфа и Маттеучи, в 1900 году получил от Колумбийского университета медаль Барнарда, а годом позже — первую в мире Нобелевскую премию по физике. Плюс несколько орденов от правительств Баварии, Пруссии и Италии. И все эти награды абсолютно заслужены.
Открытие оказалось совершенно неожиданным для современников, тем не менее его приняли с огромным энтузиазмом. Уже в 1896 году новые лучи упоминали в 49 брошюрах и 1044 статьях. Это был триумф мирового масштаба.
Исключенный из школы
Вильгельм Конрад Рёнтген родился 27 марта 1845 года. Его отец был состоятельным суконщиком — фабрикантом и торговцем в немецком городке Леннепе, в 40 км от Дюссельдорфа. Через три года после рождения Вилли его семья переехала в нидерландский город Апелдорн и приняла голландское гражданство. Когда Вильгельму исполнилось 16 лет, отец отправил его в Утрехт, в классическую гимназию, которая должна была стать трамплином к университетской скамье. Для поступления в университет требовалось предъявить гимназический аттестат (Matura) и сдать вступительные экзамены.
Однако Вильгельм аттестата не получил. Одноклассник однажды нарисовал на доске карикатуру на нелюбимого преподавателя. Взбешенный наставник потребовал, чтобы оскорбитель немедленно сознался. Поскольку весь класс молчал, Вильгельм взял вину на себя (по другой версии, просто отказался назвать виновника). Учитель пожаловался директору, и Вильгельма исключили из гимназии с волчьим билетом. Это означало, что он никогда не получит аттестата — во всяком случае, в Голландии.
Впрочем, на этот случай в Утрехтском университете существовала специальная процедура вступительных экзаменов. Вильгельм хорошо подготовился, но случилось так, что отвечать ему пришлось гимназическому преподавателю, голосовавшему за его исключение, и он Рёнтгена с треском провалил. Все пути к университетскому образованию оказались перекрыты, и в конце декабря 1862 года Вильгельм поступил в двухлетнее техническое училище, которое благополучно закончил. В 1865 году он несколько месяцев посещал Утрехтский университет в качестве вольнослушателя. Но такие занятия не открывали дороги к диплому, а значит, и к академической карьере, о которой мечтал юноша.
Успешная карьера
И тут Вильгельму повезло. Приятель, сын швейцарского инженера, посоветовал ему поступить в Высшее техническое училище в Цюрихе (то самое, кстати, которое в 1900 году окончил Альберт Эйнштейн). Вильгельма зачислили сразу, поскольку он представил бумаги из Утрехтского университета, свидетельствующие о его блистательных успехах в науках. Учился он прекрасно и в 1868 году был выпущен с дипломом инженера-механика.
В годы учебы Вильгельм подружился с молодым, но уже известным профессором физики Августом Кундтом, в лаборатории которого выполнял учебные практикумы. Под влиянием Кундта (и по совету основателя термодинамики Рудольфа Клаузиса, который читал в училище лекции) молодой Рёнтген решил посвятить жизнь физике. В 1869 году он защитил докторскую диссертацию в Цюрихском университете, основой которой стали результаты экспериментов с газами, выполненные на последнем курсе под руководством профессора механики Густава Зёнера. После защиты Кундт взял Рёнтгена в ассистенты.
Август Кундт стал добрым ангелом Рёнтгена на многие годы. В 1870 году он получил кафедру физики в университете Вюрцбурга и переехал туда вместе со своим помощником. Через два года Кундт и Рёнтген перебрались в Страсбургский университет, где Рёнтген получил право преподавать. В 1888 году он вернулся в Вюрцбург в качестве полного профессора и директора университетского Физического института. В 1894 году университетский сенат избрал его ректором.
Катодные лучи
Во второй половине XIX века физики весьма интересовались катодными лучами. Поскольку это название несколько устарело, следует напомнить, что речь идет о потоке электронов в тлеющем разряде, протекающем в сильно разреженном газе. В таких условиях значительная часть частиц, эмитированных нагретым катодом, ускоряется вблизи него электрическим полем и направляется к положительному электроду — аноду. Если электроды находятся в стеклянной трубке, то электроны при соударениях со стеклом вызывают его флюоресценцию. Цвет свечения, естественно, зависит от состава стекла.
Впервые этот феномен наблюдал в 1859 году профессор Боннского университета Юлиус Плюкер, который экспериментировал с газовыми разрядами в стеклянных вакуумных трубках. Такие трубки с парой впаянных в стекло электродов в 1857 году начал делать университетский механик Генрих Гейслер (в 1855 году он изобрел ртутный вакуумный насос, который впервые дал возможность получать давления порядка тысячных долей миллиметра ртутного столба и тем самым открыл путь к экспериментам с катодными лучами). Через десять лет ученик Плюкера Иоганн Вильгельм Гитторф обнаружил, что источником лучей служит отрицательный электрод и что они отклоняются в магнитном поле. В семидесятые годы несколько ученых одновременно доказали, что катодные лучи несут отрицательный заряд. Один из них, Ойген Гольдштейн, в 1876 году придумал название «катодные лучи».
Природа катодных лучей была установлена после того, как в 1897 году британский физик Джозеф Джон Томсон доказал, что они состоят из частиц с измеримой массой и зарядом, которые он назвал электронами (до этого большинство соотечественников Томсона полагали, что катодные лучи — поток корпускулов, в то время как немецкие физики видели в них колебания эфира). Так что изучение катодных лучей (как и других форм электрических разрядов в газах) считалось в конце прошлого века занятием интересным и перспективным.
Катодные лучи в те времена обычно получали с помощью вакуумных трубок, носящих имя их изобретателя, английского физика Уильяма Крукса, который много занимался газовыми разрядами (с редкой проницательностью он утверждал, что такой разряд рождает четвертое состояние материи — сегодня мы называем его плазмой). Это были модифицированные гейслеровы трубки — с двумя катодами (эмиттером и маской) и анодом, покрытым фосфоресцирующим материалом. Трубками Крукса располагали не только практически все научные физические лаборатории, но подчас и школьные кабинеты физики.
Казалось, что Рёнтген достиг высшей точки своего жизненного пути. Две завидные административные должности, созданная его трудами научная лаборатория, одна из лучших в Германии, репутация блестящего многостороннего физика-экспериментатора, десятки статей. Еще до возвращения в Вюрцбург, будучи профессором экспериментальной физики Гиссенского университета, он открыл, что при движении диэлектрика в электрическом поле возникает электрический ток (великий голландский теоретик Гендрик Антон Лоренц назвал его током Рёнтгена). Рёнтген занимался изучением тепловых свойств жидкостей и кристаллов, исследовал магнетизм, проводил измерения пироэлектрических и пьезоэлектрических явлений — всего и не перечислить. У него были прекрасные руки, и он обычно сам придумывал и собирал приборы для опытов и лекционных демонстраций.
Оставалось спокойно работать вплоть до почетной отставки и пенсии. Однако жизнь Рёнтгена радикально изменилась вскоре после 50-летия.
Рутина
В июне 1894 года Рёнтген заинтересовался экспериментальными результатами только что скончавшегося первооткрывателя электромагнитных лучей Генриха Герца и его ассистента Филиппа Ленарда. В начале 1890-х Герц обнаружил, что катодные лучи (см. врезку) проходят через тонкие листочки металла (ранее было доказано, что металлические пластинки их не пропускают). Ленард изготовил разрядную трубку с окошком, герметично затянутым алюминиевой фольгой. Вакуум внутри трубки сохранялся, так что катодные лучи нормально генерировались. Используя в качестве индикаторов вещества, флюоресцирующие под воздействием катодного излучения, Ленард обнаружил, что оно выходит из трубки, но проходит в воздухе считанные сантиметры.
Рёнтген хотел проверить эти результаты, и осенью 1895 года взялся за эксперименты с разрядной трубкой собственной конструкции. Поначалу работа шла вполне рутинно, но 8 ноября произошло историческое событие.
X-лучи
Рёнтген страдал частичной цветовой слепотой, поэтому он не только зашторивал окна своей лаборатории, но и обертывал разрядную трубку черной бумагой — так было легче наблюдать флюоресценцию. Иначе он, пожалуй, и не заметил бы слабого свечения, исходящего от листка бумаги на рабочем столе, отстоящем на пару метров от включенной разрядной трубки. Приблизившись, он увидел, что зеленым светится буква А, написанная раствором цианоплатинида бария.
Рёнтген был озадачен. Катодные лучи никак не могли преодолеть расстояние от трубки до стола. И все же причина свечения крылась именно в трубке, поскольку при отключении тока свечение пропадало. И вот тогда, в величайший момент своей жизни, он решил исследовать этот феномен с помощью пластинок, покрытых платиносинеродистым барием.
X-лучи в России
Российские физики признали работу Рёнтгена одними из первых. 5 января 1896 года Петр Николаевич Лебедев рассказал о ней на собрании московского Общества любителей естествознания и немедленно написал об этом самому Рёнтгену. На следующий день рижане Г.Б. фон Раутенфельд-Линденру и Г.Э. Пфлаум сделали в городской гимназии первые в России рентгеновские снимки, избрав в качестве объекта верхнюю челюсть рыбы-пилы. В середине января профессор физики Петербургского университета Н.И. Боргман и его ассистент А.Л. Гершун получили несколько рентгенограмм, и Боргман вскоре с большим триумфом доложил об этом в публичной лекции, проходившей в переполненном зале. Тогда же в Москве рентгеновскими лучами вплотную занялись П.Н. Лебедев и П.В. Преображенский. Лебедев по просьбе профессора хирургии Л.Л. Лёвшина сделал рентгеновские снимки нескольких пациентов и таким образом стал одним из основателей медицинской рентгенологии. А уже в марте директор петербургского Клинического института профессор Н.В. Склифосовский начал систематически использовать рентгеновские лучи для диагностики переломов костей.
Рёнтген практически не выходил из лаборатории полтора месяца. Эксперименты поглотили его настолько, что в первую неделю он даже ничего не записывал — неслыханная вещь для немецкого физика. Многократно повторяя серии опытов и попутно совершенствуя конструкцию разрядной трубки, Рёнтген убедился, что открыл ранее неизвестное излучение. Не зная природы этого явления, он назвал его Х-лучами. Это название все еще применяется в англоязычных странах, однако по примеру Германии их обычно именуют рентгеновскими лучами.
Окончательное открытие
В ходе экспериментов Рёнтген убедился, что излучение исходит из того участка трубки, куда падал пучок катодных лучей (он изменял траекторию пучка с помощью магнита и определял, где сильнее светится пластинка-индикатор). Ученый выяснил, что излучение не только заставляет флюоресцировать бариевый препарат, но и засвечивает обернутые в черную бумагу фотопластинки. Рёнтген заметил, что Х-лучи проникают сквозь различные среды. Именно тогда он сделал знаменитую фотографию деревянного ящика, в котором просматриваются металлические гирьки-разновесы.
Рёнтген с самого начала подозревал, что его лучи родственны видимому свету, и посему пытался исследовать особенности их отражения и преломления. К сожалению, его приборы не обладали такими возможностями. С полной убедительностью волновая природа рентгеновских лучей была продемонстрирована только в 1912 году, когда будущий Нобелевский лауреат Макс фон Лауэ и его студенты Пауль Книппинг и Вальтер Фридрих обнаружили их дифракцию на кристаллических решетках.
Рёнтген работал без лаборантов и долго не рассказывал о своем открытии коллегам-физикам (первым, кто о нем узнал, был его друг — зоолог Теодор Бовери). 22 декабря он позвал в лабораторию жену и сделал рентгеновский снимок ее левой руки, который вскоре облетел всю мировую прессу. Впрочем, еще до этого Рёнтген видел изображение костей собственной руки, помещенной между трубкой и флюоресцирующим экраном.
Тогда же ученый решился на публикацию. Он написал десятистраничную статью и передал ее секретарю Физико-медицинского общества, которого и попросил озаботиться ее срочной публикацией. Как уже говорилось, 28 декабря статья появилась в «Ведомостях Физико-медицинского общества» города Вюрцбурга. Дальнейшее принадлежит истории.
Рёнтген продолжал заниматься новыми лучами еще больше года. В марте 1896 года он опубликовал вторую статью, а ровно через год — третью и последнюю. Больше он к ним не возвращался.
Обсудить 0
